~56~'7 La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination locale du p~uvoir réducteur des gaz dégagés au niveau supérieur de la charge de fours indus-triels, notamment de hauts-fourneaux.
La marche dlun haut-fourneau est optimale lorsque sa char~e descend de maniere régulière et lorsque sa consornmation en cornbustible est réduite au minimum possible.
Ces deux conditions dépendent d'une part de la répartition des gaz réducteurs à travers la charge et d~autre part de 1 t exploi-tation optimale de leur pouvoir réducteur.
Pour pouvoir intervenir en vue d'une amélioration voire optimisation de l'exploitation du pouvoir réducteur des gaz, il est nécessaire d'être renseigné, de préférence en continu, sur le profil chimique de la phase gazeuse qui se situe aux abords immédiats du somrnet de la charge. Ainsi un renseignement tel que, par exemple, le fait qu'il y a dégagement préférentiel du CO au centre du sommet de la charge, peut prendre aux yeux de l'homme de 1 t art une signification précise qui le conduira ~ intervenir d t une manière appropriée.
Une telle intervention peut consister par exemple en une répartition judicieuse des matières enfournées, suivant leur degré de réductibilité, sur l'aire du sornmet de la charge~
Il est connu de détexminer le profil chimique de la phase gazeuse au sommet de la charge en prélevant à 1 t aide de sondes mobiles des échantillons de gaz dont on détermine la constitution suivant une quelconque technique d t analyse.
Il existe en effet des sondes spéciales conc,ues pour effectuer un balayage aussi poussé que possible de 1 t espace au-dessus du sornmet de la charge~ Or ces sondes sont exposées à des températures élevées ainsi qu t à des sollicitations mécaniques, r 5~
en plus, la technique décrite constitue évidemment une procédure d t analyse qui se déroule pas à pas, si bien que le nombre des prélevements qui est utilement le plus élevé
possible, se trouve tributaire du rendement de l'outillage analytique mis en oeuvre.
Un progrès notable a été réalisé dans le sens de 1'augmentation de la vitesse et du nombre des points de détection par un procédé qui prévoit de déterminer le profil thermique du so~net de la charge et de mettre en corrélation la température locale mesurée, avec la composition des gaz à
cet endroit et ceci à l'aide de graphes d'étalonnage établis au préalable, par exemple par une méthode semblable à celle qui a été décrite plus haut. Néanmoins, cette méthode d'analyse par technique infrarouge n'est qu'une méthode indirecte dans le présent contexte et la corrélation entre les mesures recueillies et les renseignements recherchés n'est pas univoque, si bien que les résultats obtenus par cette voie ne sont pas assez fiables pour permettre au métallurgiste d'intervenir d'une manière efficace.
Le but de la présente invention était donc de pro-poser un procédé rapide et fiable pour la détermination locale du pouvoir réducteur des gaz dégagés au sommet de la charge et ceci en continu et à tout endroit de l'aire du sommet, ainsi qu'un dispositi~ pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé
en ce que l'on acquiert en continu une image énergétique totale de l'aire du sommet de la charge, en mesurant en une multi-tude de points de détection qui couvrent la plage entière du sommet l'intensité de l'énergie du rayonnement émis dans une bande déterminée du domaine spectral (par exemple, entre 1 et 6 ~m), et on convertit tour à tour cette image énergétique 356~7 totale en une image spécifique, en isolant en chaque point de détection le rayonnement émis dans le domaine spécifique aux composés CO2, CO, H2 et CH4. Ensuite, on calcule à
partir des intensités mesurées les concentrations respectives des composés et on détermine, pour chaque point de détection, le pouvoir réducteur recherché.
L'idee qui est à la base de la présente invention consiste à exploiter les possibilités offertes par la technique d'analyse par mesure de l'intensité énergétique du rayonnement émis, par les différents composés chimiques, technique bien ~ connue en soi, et de combiner cette dernière avec la technique ; d'acquisition d'images, en l'occurrence d'images énergétiques qui, converties en images numériques, mettent à la disposition du métallurgiste des résultats de mesure significatlfs qui se laissent traduire en les paramètres désirés. C'est surtout le fait de pouvoir acquérir les résultats désirés en tant que profils ou en tant que distributions, qui rehausse l'intéret que présente le procéde suivant l'invention.
Un premier mode de réalisation préféré du procédé
selon l'invention prévoit que l'on convertit l'image énergé-tique totale en une image spécifique, en isolant le rayonnement spécifique à un composé donné par élimination, c.à.d. que l'on effectue un filtrage qui élimine le rayonnement dont l'origine est un compose donné, par exemple le CO2.
On obtient à la fin de ce pas une image énergétique qui fournit la distribution de l'intensité de rayonnement de la totalité
des composés présents, a part le CO2. Bien qu'une telle image ne présente en tant que telle qu'un intéret secondaire, elle est d'une importance capitale pour ce qui est des techniques d'étalonnage qui sont indispensables en vue de 56~
déterminer les énergi,es résiduelles ou de fond ainsi que les effets inter-éléments resp. inter-molécules.
Un deuxième mode de réalisation préféré du procédé
selon llinvention prévoit que l'on convertit l'image énergé-tique totale en une image spécifique en éliminant en chaque point de détection l~énergie originaire du fond seul ~t en ne retenant que l'énergie originaire diun composé donné, par exemple celle du CO2O
Que l'on mette en oeuvre le premier mode de réali-sation préféré du procédé suivant l'invention ou le deuxièmeou encore de préférence les deux à la fois, on aura recours à
de diverses techniques connues de traitement correctif des valeurs mesurées.
Il y a lieu de relever toutefois que l'on établit des courbes d'étalonnaye mettant en corrélation dlune part les intensités énergétiques mesurées et d'autre part les températures et que l'on corrigera ces corrélations pour chaque composé à l'égard des autres composés présents et du fond solide constitué par la charge qui émet du rayonnement.
Il est également important de déterminer et de tenir compte des influences perturbatrices dues aux poussières et des variations de l'intensité mesurée, dues à la variation de la hauteur du sommet de la charge.
L'invention vise également un dispositif pour la mi,se en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce ~u'il comprend une unité de détection de l'énergie de rayonnement qui est fixée à ltextérieur de la paroi de la voute du four de manière à scruter l'aire totale du sommet d~ la charge, Cette unité de détection comprend un module de filtration absorbant le rayonnement en-déans de domaines spectraux définis. Une unité de traitement est reliée àl'unité de détection de manière à recevoir les signaux captés en vue de leur conversion en des valeurs significatives, ainsi qu'à une unité de commande d'un distributeur des matières enfournées qui procède à une répartition des matières suivant leur degré de réductibilité et suivant la distri~ution du pouvoir réducteur des gaz au-dessus du sommet de la charge.
L'unité de détection peut etre dotée soit d'une multitude de capteurs individuels, soit d'un systeme mono-détecteur a balayage opto-mécanique.
~ e préférence. l'unité de traitement enregistre également les résultats de mesure qui lui parviennent de la part de dispositi~s de mesure respectivement du niveau géométrique de la charge, de l'émlssivité de la charge, de la température de la charge et du degré d'émission de poussières.
Ainsi la mesure du niveau geométrique de la charge peut être e~fectuée par un dispositif classique de détermi-nation de niveau dans une enceinte close, tel que la Demanderesse lta décrit par exemple dans sa demande de brevet luxembourgeois No 82.830. L'émissivité peut etre enregistrée par une quelconque unité de mesure de l'intensité énergétique, comme par exemple par une unité semblable à l'unité de détection, qui fait partie de l'insta]lation suivant l'invention.
Il est évident que l'émissivité de la charge elle-meme se situe sur une plage spectrale différente de celle où
se situent les rayonnements des gaz. La plage en question 5~
doit etre suffisamment large pour englober les domaines spectraux propres aux diverses matieres enfournées.
Pour la mesure de la tempéxature, on utilisera de préférence un pyromètre a tete balayeuse, donc également un instrument classique et on surveillera l'émission de poussières à l'aide d'un néphélémètre approprié ou encore par une simple caméra vidéo.
L'unité de traitement des signaux est évidemment un ordinateur doté des programmes nécessaires pour effectuer les différentes conversions et les calculs des concentrations individuelles locales en gaz spécifiques et pour fournir sur un écran de visualisation des images compréhensives montrant la distribution de n r irnporte lequel des cornposés gazeux au-dessus de llaire de la charge, respectivement la distribution du pouvoir réducteur.
~ D'autres caractéristiques et avantages ressortiront ; de la description du dessin schématique qui représente de manière non-limitative une forme d'exécution possible du dispositif suivant llinvention.
On distingue llunité de détection 1 qui est une caméra fixée à llextérieur de la cuirasse du four et qui est protégée par une vanne 2 dlisolation. Entre la vanne 2 et l'unité 1 se trouve un module de filtration 3, manuel ou automatique, à l'aide duquel on peut intercaler entre l'unité 1 et la source de rayonnement, des filtres absorbant dans le domaine spectral, soit du CO2, soit du CO, soit du CH4, soit encore du H2. Il s'agit de préférence de filtres passe bande à limite assez étroite.
L'unité de détection 1 est reliée à l'unité de traiternent 5 des signaux captés, un ordinateur qui se charge 56~
des différentes conversions et qui reçoit ~ ces fin les signaux issus des instruments ancillaires de mesure du niveau ou du profil géométrique 6 de la charge, de son émissivité 7, de sa température 8 et du degré d'émission des poussières 9.
Les modes de conversion, des calculs de correction etc. sont aléatoires dans le sens qu' il5 dépendent des commodités offertes par l'instrumentation mise en oeuvre, ainsi que des modes de travail préférés par les analystes.
On peut aussi prévoir, suivant une forme d'exécution particulièrement avantageuse, une unité de commande 11 qui re~coit ses directives de la part de l'ordinateur 5 central.
Cette unité 11 est reliée à une installation 12 de distribution qui peut tourner autour de son axe, respectivement pivoter, si bîen que l'on peut à l'aide du distributeur 12 répartir les matières à enfourner sur des plages déterminées au sommet de la charge.
Ainsi l'ordinateur S peut fournir les consignes nécessaires pour procéder à l'aide du distributeur 12 à la répartition judicieuse des matières suivant leur degré de réductibilité et contribuer ~ la bonne marche du ~our. ~ 56 ~ '7 The present invention relates to a method and a device for the local determination of the reducing power gases released at the upper level of the industrial furnace charge triels, especially blast furnaces.
The operation of a blast furnace is optimal when his char ~ e goes down regularly and when his fuel consumption is reduced to the minimum possible.
These two conditions depend on the one hand on the distribution of reducing gases through the charge and on the other hand from 1 t optimum reduction power.
To be able to intervene for improvement even optimizing the exploitation of the reducing power of gas, it is necessary to be informed, preferably in continuous, on the chemical profile of the gas phase which located in the immediate vicinity of the somrnet of the load. So information such as, for example, the fact that there is preferential CO release at the center of the top of the charge, can take on the meaning of 1 t art man specifies who will lead him to intervene in an appropriate manner.
Such intervention may consist for example in a judicious distribution of the materials placed in the oven, according to their degree of reducibility, over the load area ~
It is known to detexminate the chemical profile of the gas phase at the top of the charge, taking at 1 t using mobile probes of the gas samples for which the constitution according to any analytical technique.
There are indeed special probes designed to perform a sweep as deep as possible of 1 t space above of the load sornmet ~ Now these probes are exposed to high temperatures as well as mechanical stress, r 5 ~
in addition, the technique described obviously constitutes a analysis procedure which takes place step by step, so that the which number is usefully the highest possible, is dependent on tool performance analytical implemented.
Significant progress has been made towards Increase in speed and number of points detection by a process which involves determining the profile thermal so ~ net of the load and correlate the local temperature measured, with the composition of the gases to this place and this using established calibration graphs beforehand, for example by a method similar to that which was described above. However, this method analysis by infrared technique is only one method indirect in the present context and the correlation between the measures collected and the information sought is not unequivocal, so that the results obtained by this path is not reliable enough to allow the metallurgist to intervene effectively.
The object of the present invention was therefore to pro-set up a fast and reliable process for local determination the reducing power of the gases released at the top of the load and this continuously and at any point in the summit area, as well that a dispositi ~ for the implementation of such a method.
The process according to the invention is characterized in that we continuously acquire a total energy image of the area of the top of the load, by measuring in a multi-study of detection points that cover the entire range of the vertex the energy intensity of the radiation emitted in a determined band of the spectral range (for example, between 1 and 6 ~ m), and we convert this energy image in turn 356 ~ 7 total in a specific image, isolating at each point detecting the radiation emitted in the specific area to compounds CO2, CO, H2 and CH4. Then we calculate at from the intensities measured the respective concentrations compounds and we determine, for each detection point, the reducing power sought.
The idea which is the basis of the present invention consists in exploiting the possibilities offered by the technique analysis by measuring the energy intensity of the radiation emitted by different chemical compounds, technique well ~ known per se, and to combine the latter with the technique ; image acquisition, in this case energy images which, converted into digital images, make available of the metallurgist significant measurement results which let translate into the desired parameters. It is especially the being able to acquire the desired results as profiles or as distributions, which enhances interest presented by the process according to the invention.
A first preferred embodiment of the method according to the invention provides that the energy image is converted total tick into a specific image, isolating the radiation specific to a given compound by elimination, i.e. that we perform a filtering which eliminates the radiation whose origin is a given compound, for example CO2.
At the end of this step, we obtain an energetic image which provides distribution of the radiation intensity of the whole compounds present, apart from CO2. Although such image only presents as such a secondary interest, it is of paramount importance in terms of calibration techniques which are essential for 56 ~
determine the residual or background energy as well as the inter-element effects resp. inter-molecules.
A second preferred embodiment of the method according to the invention provides that one converts the energetic image total tick in a specific image eliminating in each point of detection the energy originating from the bottom alone ~ t in retaining only the energy originating from a given compound, for example that of CO2O
That we implement the first mode of realization sation preferred method according to the invention or the secondor more preferably both, we will use various known techniques for corrective treatment of measured values.
It should be noted, however, that it is established calibration curves correlating on the one hand the energy intensities measured and on the other hand the temperatures and that we will correct these correlations for each compound with respect to the other compounds present and solid bottom formed by the charge which emits radiation.
It is also important to determine and take into account disturbing influences due to dust and variations in the measured intensity due to to the variation of the height of the top of the load.
The invention also relates to a device for the mi, use of a process as defined above, characterized in that it comprises a unit for detecting the radiation energy which is fixed inside the wall of the oven vault so as to scrutinize the total area from the top of the load, This detection unit includes a filtration module absorbing radiation within defined spectral domains. A processing unit is connected to the detection unit so as to receive the signals received for conversion into values significant, as well as to a control unit of a distributor of the oven material which carries out a distribution of materials according to their degree of reducibility and according to the distri ~ ution of the reducing power of the gases above from the top of the load.
The detection unit can be equipped with either a multitude of individual sensors, either of a single-opto-mechanical scanning detector.
~ e preference. the processing unit records also the measurement results received from the share of level measurement devices respectively geometry of the load, the emlssivity of the load, the temperature of the charge and the degree of emission of dust.
Thus the measurement of the geometrical level of the load can be carried out by a conventional device for determining level nation in a closed enclosure, such as the Applicant lta described for example in his patent application Luxembourg No 82.830. Emissivity can be recorded by any unit of measurement of energy intensity, as for example by a unit similar to the unit of detection, which is part of the following installation the invention.
It is obvious that the emissivity of the charge itself even lies on a different spectral range from that where are the radiations of the gases. The beach in question 5 ~
must be wide enough to encompass the areas spectral characteristics of the various materials placed in the oven.
To measure the temperature, we will use preferably a sweeper head pyrometer, so also a classic instrument and we will monitor the emission of dust using an appropriate nephelometer or by a simple video camera.
The signal processing unit is obviously a computer with the programs necessary to perform the different conversions and concentration calculations local specific gas and to supply on a screen for viewing comprehensive images showing the distribution of nr which one of the components gaseous above the charge area, respectively the distribution of the reducing power.
~ Other features and advantages will emerge ; of the description of the schematic drawing which represents non-limiting way a possible embodiment of the device according to the invention.
We distinguish the detection unit 1 which is a camera attached to the outside of the oven breastplate and which is protected by an isolation valve 2. Between valve 2 and unit 1 is a filtration module 3, manual or automatic, using which you can insert between unit 1 and the radiation source, absorbing filters in the spectral domain, either CO2, CO, or CH4, or even H2. These are preferably filters band pass with fairly narrow limit.
The detection unit 1 is connected to the detection unit process 5 of the signals received, a computer that loads 56 ~
of different conversions and who receives ~ these end them signals from ancillary instruments for measuring the level or geometric profile 6 of the load, its emissivity 7, its temperature 8 and the degree of emission of dust 9.
Conversion modes, correction calculations etc. are random in the sense that they depend on amenities offered by the instrumentation used, as well only working methods preferred by analysts.
One can also provide, according to an embodiment particularly advantageous, a control unit 11 which receives its instructions from the central computer.
This unit 11 is connected to a distribution installation 12 which can rotate around its axis, respectively rotate, so well that we can use the distributor 12 to distribute the materials to bake on specific ranges at the top of the load.
So computer S can provide instructions necessary to proceed with the aid of the dispenser 12 to the judicious distribution of materials according to their degree of reducibility and contribute to the smooth running of the ~ our.